Der Weißflügelgimpel erreicht mit einer Körperlänge von 14,5 bis 15 cm etwa die Größe eines Grünlings und ähnelt diesem auch im Habitus. Es handelt sich um einen schlanken, überwiegend sandfarbenen Finken mit charakteristischer schwarz-weißer Zeichnung auf Flügeln und Schwanz, die am Flügel zudem durch auffällige hellrosa Partien ergänzt wird. Der kräftige Schnabel ist kegelförmig und spitz. Beine und Füße sind dunkel fleischfarben. Es ist ein leichter Sexualdimorphismus vorhanden.

Beim Männchen fallen im Prachtkleid der schwarze Schnabel und die schwarze Zügelpartie vor dem Auge auf. Kopf, Rücken und Schultern – inklusive der mittleren Armdecken – sowie Brust und Flanken sind fahl bis gräulich sandfarben. An der Stirn und im Gesicht spielt die Färbung in ein wärmeres Ocker. Am unteren Rücken geht die Färbung in das warme Hell- bis Rotbraun der Oberschwanzdecken über. Bauch und Unterschwanzdecken sind weißlich. Die großen Armdecken sind dunkelbraun bis schwarz mit breit rosa gesäumten Außenfahnen, die Handdecken dunkel mit rosa Außenfahnen an der Basis. Die Alula ist schwarz und nur fein rosa gesäumt. Die Hand- und die äußeren Armschwingen sind schwarz mit weißem Saum, die inneren Armschwingen zeigen an der Basis einen rosa Saum. Beim sitzenden Vogel bilden das Schwarz der Alula und der Schwingen sowie die weißen und rosa Partien ein charakteristisches Flügelmuster. Im Flug fällt das Rosa in der Flügelmitte im Vergleich zu den blassen Säumen der Handschwingen auf. Der leicht gegabelte Stoß ist schwarz mit außen breit weiß gesäumten Steuerfedern. Das innere Paar ist am Ende ebenfalls breit weiß gesäumt, die übrigen tragen eine weiße Spitze. An den äußeren Steuerfedern ist der weiße Saum sehr fein.

Beim Weibchen sind die beim Männchen dunklen Partien des Großgefieders sandfarben bis graubraun, so dass es insgesamt sehr viel kontrastärmer wirkt. Der schwarze Zügel des Männchens fehlt oder ist nur sehr schwach ausgeprägt. Im abgetragenen Gefieder nähern sich die Männchen den Weibchen an. Bei beiden Geschlechtern ist der Schnabel außerhalb der Brutzeit hornfarben mit dunkler Spitze.

Die Jungvögel ähneln den Weibchen, die Zeichnung der Flügel ist jedoch noch weniger ausgeprägt. Der Schnabel ist noch unausgefärbter als bei den Altvögeln im Winter.